烟气脱硝SCR氨喷射系统调整效果评估

以某火电厂氨喷射系统(AIG)改造为例,通过数值模拟计算,对AIG调整方案的效果进行了评估.结果表明将AIG改为具备双向调节功能后,有利于氨的均匀分配,对于烟气流速不均具有更好的适应性.脱硝反应器出口截面NOx分布相对标准偏差由40%降低至15%以内.可改善脱硝装置喷氨合理性,一定程度上延长催化剂使用寿命,消除反应器出口氨逃逸浓度局部过高的现象,降低了下游空气预热器硫酸氢铵(ABS)腐蚀的风险,对火电厂实现NOx超低排放具有一定贡献.

SCR脱硝技术的核心是催化剂和氨喷射混合系统.氨喷射混合系统设计的优劣和实际运行中喷氨的合理性对脱硝装置的运行效果影响明显。催化剂入口截面的NH3/NO摩尔比及其分布.决定了反应器出口的NOx和氨逃逸浓度分布，并影响到整体脱硝效率和下游设备的硫酸氢铵堵塞程度。

NOx与NH3在顶层催化剂入口的分布均匀性，取决于喷氨格栅上游的NOx分布、烟气流速分布、喷氨流量分配、静态混合器的烟气扰动强度及混合距离等。常见的氨喷射系统(AIG)氨喷射与混合装置主要有3类：格栅式AIG、混合型AIG及涡流型AIG，这3类氨喷射系统各具优势和适应范围。对于脱硝工程中氨/烟气混合距离足够长时，几种氨喷射技术均能满足要求。

SCR装置在设计阶段通过CFD数值模拟.对反应器入口烟道、导流板、喷氨格栅、静态混合器及整流装置等进行整体优化设计，最终使进入顶层催化剂的烟气流场达到均匀分布的要求。

由于CFD数值模拟的边界条件是假设进入AIG上游脱硝入口烟气参数分布均匀.而脱硝装置实际运行中AIG上游烟气参数分布受锅炉运行方式及烟道走向等因素影响.与实际运行时的烟气分布存在偏差.需在运行过程中通过氨喷射系统支管上手动阀调整，进行喷氨流量分配的优化调节.但前提是氨喷射系统本身需具有良好的设计性能.满足分区双向调节功能。

1设备概况

某火电厂1000MW机组的烟气脱硝SCR装置随锅炉同期建设，现有氨喷射系统采用混合型AIG，每个反应器的AIG在入口竖直段烟道内沿炉宽方向设19只喷氨支管.每根支管上设置4个喷嘴，相应支管设有手动蝶阀以调节氨喷射流量，实现整个烟道截面上宽度方向的氨喷射流量分配，如图1。

图1调整前的AIG结构

但此AIG设计局限性在于不具有烟道深度方向的调节功能，调节功能单一.当SCR反应器入口NOx分配不均或喷氨不合理时，仅能通过前端AIG支管调门开度调整来实现反应器出口截面宽度方向的NOx均匀分布，无法改善反应器深度方向的喷氨流量调节。

根据现场喷氨优化试验结果，AIG调整前。在满负荷下SCR反应器入口截面NOx分布相对均匀的情况下，A、B反应器出口截面的NOx分布相对标准偏差分别为40.8%和42.1%.出口截面上的NOx浓度分布呈现出由后墙向前墙方向的阶梯形分布。如图2所示。

图2：SCR出口截面NOx分布

反应器出口截面NOx分布偏差过大由上游AIG喷氨不合理所致.此与现有AIG结构的单向调节局限性有关.即通过喷氨优化调整试验只能改善反应器宽度方向的NOx分布均匀性，无法实现深度方向的喷氨量调节。因此有必要对现有氨喷射系统进行改造.以提高SCR装置的脱硝效果。

2调整方案模拟研究

根据前述试验测得的SCR反应器出口NOx分布结果.分析现有混合型AIG的设计局限性(如图3所示)，电厂委托原SCR厂家对现有AIG结构进行了调整。新的AIG喷氨支管设计除了横向分区外.将横向中的每一区域在纵向设置为两组(如图4所示)。达到反应器深度方向可调节的目的.改造后氨喷射系统可实现喷氨流量在整个SCR入口截面的双向调节功能。

图3调整前单组喷氨管路结构

图4调整后单组喷氨管路结构

针对SCR脱硝厂家提出的AIG调整方案，借助CFD数值模拟手段对设计方案进行评估.通过对调整前后单个喷氨管路中氨压力分布、流线分布，AIG下游入口烟道截面及首层催化剂入口截面的NH3浓度分布及流线分布对比分析，对AIG调整结果进行数值模拟计算，评估调整方案的可行性及效果。

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